ბორის კარბიდი (B4C) არის გამძლე კერამიკა, რომელიც შედგება ბორისა და ნახშირბადისგან. ბორის კარბიდი ერთ-ერთი ყველაზე მძიმე ნივთიერებაა, რომელიც კუბური ბორის ნიტრიდისა და ალმასის შემდეგ მესამე ადგილზეა. ეს არის კოვალენტური მასალა, რომელიც გამოიყენება სხვადასხვა გადამწყვეტ აპლიკაციებში, მათ შორის სატანკო ჯავშანტექნიკაში, ტყვიაგაუმტარი ჟილეტებისა და ძრავის დივერსიული ფხვნილების ჩათვლით. სინამდვილეში, ეს არის სასურველი მასალა სხვადასხვა სამრეწველო გამოყენებისთვის. ამ სტატიაში მოცემულია ბორის კარბიდის და მისი უპირატესობების შეჯამება.

კონკრეტულად რა არის ბორის კარბიდი?

ბორის კარბიდი არის გადამწყვეტი ქიმიური ნაერთი, კრისტალური სტრუქტურით, რომელიც ტიპიურია იკოსაედრული ბორიდებისთვის. ნაერთი აღმოაჩინეს მეცხრამეტე საუკუნეში, როგორც ლითონის ბორიდის რეაქციების გვერდითი პროდუქტი. ქიმიური ფორმულა არ იყო ცნობილი 1930-იან წლებამდე, როდესაც მისი ქიმიური შემადგენლობა შეფასდა B4C. ნივთიერების რენტგენის კრისტალოგრაფია აჩვენებს, რომ მას აქვს ძალიან რთული სტრუქტურა, რომელიც შედგება როგორც C-B-C ჯაჭვებისგან, ასევე B12 იკოსაედრებისგან.

ბორის კარბიდს აქვს უკიდურესი სიმტკიცე (9,5–9,75 მოჰსის მასშტაბით), სტაბილურობა მაიონებელი გამოსხივების მიმართ, ქიმიური რეაქციებისადმი გამძლეობა და ნეიტრონული დამცავი თვისებები. ვიკერსის სიმტკიცე, დრეკადობის მოდული და ბორის კარბიდის მოტეხილობის სიმტკიცე თითქმის იგივეა, რაც ალმასის.

მისი უკიდურესი სიხისტის გამო, ბორის კარბიდს ასევე მოიხსენიებენ როგორც "შავ ბრილიანტს". ასევე ნაჩვენებია, რომ მას აქვს ნახევარგამტარული თვისებები, მის ელექტრონულ თვისებებზე დომინირებს ჰოპინგის ტიპის ტრანსპორტი. ეს არის p-ტიპის ნახევარგამტარი. მისი უკიდურესი სიხისტის გამო, იგი ითვლება აცვიათ მდგრად ტექნიკურ კერამიკულ მასალად, რაც შესაფერისს სხვა უკიდურესად მძიმე ნივთიერებების დასამუშავებლად. გარდა კარგი მექანიკური თვისებებისა და დაბალი სპეციფიკური სიმძიმისა, იდეალურია მსუბუქი ჯავშნის დასამზადებლად.

ბორის კარბიდის კერამიკის წარმოება

ბორის კარბიდის ფხვნილი კომერციულად იწარმოება შერწყმის გზით (რაც გულისხმობს ბორის ანჰიდრიდის (B2O3) ნახშირბადით შემცირებას) ან მაგნიოთერმული რეაქციის (რაც გულისხმობს ბორის ანჰიდრიდის რეაქციას მაგნიუმთან ნახშირბადის თანდასწრებით). პირველ რეაქციაში პროდუქტი აყალიბებს მსხვილ კვერცხუჯრედს დნობის ცენტრში. ეს კვერცხის ფორმის მასალა ამოღებულია, დაქუცმაცება და შემდეგ დაფქვა შესაბამისი მარცვლის ზომამდე საბოლოო გამოყენებისთვის.

მაგნიოთერმული რეაქციის შემთხვევაში, პირდაპირ მიიღება სტექიომეტრიული კარბიდი დაბალი მარცვლოვნებით, მაგრამ მას აქვს მინარევები, მათ შორის 2%-მდე გრაფიტი. იმის გამო, რომ ეს არის კოვალენტურად შეკრული არაორგანული ნაერთი, ბორის კარბიდი ძნელია შედუღება სითბოსა და წნევის ერთდროულად გამოყენების გარეშე. ამის გამო, ბორის კარბიდი ხშირად კეთდება მკვრივ ფორმებად, წვრილი, სუფთა ფხვნილების (2 მ) ცხელი დაჭერით მაღალ ტემპერატურაზე (2100–2200 °C) ვაკუუმში ან ინერტულ ატმოსფეროში.

ბორის კარბიდის წარმოქმნის კიდევ ერთი მეთოდია უწნეო აგლომერაცია ძალიან მაღალ ტემპერატურაზე (2300–2400 °C), რომელიც ახლოსაა ბორის კარბიდის დნობის წერტილთან. ამ პროცესის დროს გამკვრივებისთვის საჭირო ტემპერატურის შესამცირებლად, ფხვნილის ნარევს ემატება აგლომერაციის დამხმარე საშუალებები, როგორიცაა ალუმინა, Cr, Co, Ni და მინა.

ბორის კარბიდის კერამიკის აპლიკაციები

ბორის კარბიდს აქვს მრავალი განსხვავებული პროგრამა.

ბორის კარბიდი გამოიყენება როგორც აბრაზიული აგენტი.

ბორის კარბიდი ფხვნილის სახით იდეალურად შეეფერება აბრაზიულ და დასამაგრებელ აგენტად გამოსაყენებლად, მასალის მოცილების მაღალი სიჩქარით ულტრა მძიმე მასალების დამუშავებისას.

ბორის კარბიდი გამოიყენება კერამიკული აფეთქების საქშენების დასამზადებლად.

ბორის კარბიდი უკიდურესად მდგრადია აცვიათ, რაც მას შესანიშნავ მასალად აქცევს საქშენების ასაფეთქებლად აგლომერაციისას. მაშინაც კი, როდესაც გამოიყენება უკიდურესად მძიმე აბრაზიულ აფეთქებასთან ერთადროგორიცაა კორუნდი და სილიციუმის კარბიდი, აფეთქების ძალა იგივე რჩება, არის მინიმალური ცვეთა და საქშენები უფრო გამძლეა.

ბორის კარბიდი გამოიყენება ბალისტიკური დაცვის მასალად.

ბორის კარბიდი უზრუნველყოფს შესადარებელ ბალისტიკურ დაცვას დაჯავშნული ფოლადისა და ალუმინის ოქსიდის დაცვას, მაგრამ გაცილებით დაბალი წონით. თანამედროვე სამხედრო აღჭურვილობა ხასიათდება სიხისტის მაღალი ხარისხით, კომპრესიული გამძლეობით და ელასტიურობის მაღალი მოდულით, გარდა დაბალი წონისა. ბორის კარბიდი აღემატება ყველა სხვა ალტერნატიულ მასალას ამ აპლიკაციისთვის.

ბორის კარბიდი გამოიყენება როგორც ნეიტრონის შთამნთქმელი.

ინჟინერიაში ყველაზე მნიშვნელოვანი ნეიტრონის შთამნთქმელი არის B10, რომელიც გამოიყენება როგორც ბორის კარბიდი ბირთვული რეაქტორის კონტროლში.

ბორის ატომური სტრუქტურა მას ნეიტრონის ეფექტურ შთანთქმად აქცევს. კერძოდ, 10B იზოტოპს, რომელიც იმყოფება მისი ბუნებრივი სიმრავლის დაახლოებით 20%-ში, აქვს მაღალი ბირთვული განივი და შეუძლია დაიჭიროს თერმული ნეიტრონები, რომლებიც წარმოიქმნება ურანის დაშლის რეაქციით.

ბირთვული კლასის ბორის კარბიდის დისკი ნეიტრონის შთანთქმისთვის